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扩大头锚杆的变形特性及其抗拔承载力分析 　　摘 要：锚杆的抗拔承载机理和抗拔桩存在相似性，本文探索利用抗拔桩理论来计算具有扩大头锚杆的荷载位移。文中将抗拔桩和普通锚杆的Cooke荷载传递模型引入扩大头锚杆变形计算，结合弹性力学理论，得到了扩大头锚杆抗拔荷载与位移关系的理论解和临界锚固长度的计算公式，扩大头锚杆变形和承载机理较为复杂，本文结果仅供参考。 　　关键词：扩大头锚杆；位移；变形；临界锚固长度 　　0 前言 　　土层锚杆是一种承拉杆件，它的一端和挡土桩、挡土墙或工程构筑物联结，另一端锚固在土层中，用以维持构筑物及所支护的土层的稳定。土层锚杆结构轻巧、受力合理，并有少占场地、缩短工期、降低造价等优点，可以用作深挖基坑坑壁的临时支护，也可以作为工程构筑物的永久性基础。 　　为了提高锚杆的效率，即提高锚杆抗拔承载力水平，近年来，锚杆端部扩大头技术近来得到广泛发展和应用。文献[3]、[4]、[5]和[6]都曾采用理想弹塑性模型作为普通锚杆的荷载传递模型；文献[7]从广义Mindlin解出发，得到了扩大头锚杆的侧摩阻力分布；文献[8]从抗拔桩荷载传递的cooke模式出发，得出了普通锚杆的弹性变形公式。本文将从文献[8]得出的结论出发，利用扩大头锚杆和扩底抗拔桩在承载机理和变形特性上的相似性，结合弹性力学理论，导出扩大头锚杆弹性阶段的荷载与位移关系的理论解和临界锚固长度的理论计算式，并提出经济临界锚固长度概念及其计算表达式。 　　1 扩大头锚杆的承载机理及变形特性 　　1.1扩大头锚杆的荷载传递与承载力构成 　　扩大头锚杆的工作原理是，施加于抗拔主筋上的荷载通过主筋与砂浆之间的粘结作用、摩擦作用以及主筋与砂浆之间的机械咬合作用传递到锚固体，然后再由锚固体砂浆与岩土层之间的相互作用将荷载传递到周围的岩土层中。这一过程与一般抗拔桩和锚杆的荷载传递过程是相似的。 　　在承载力构成方面，扩大头锚杆主要是通过局部加大锚杆直径，一方面增大锚固体与岩土层的接触面积，从而增大相互间的粘结力或摩阻力，提高锚固力；另一方面是锚固体的局部扩径产生的“台阶”改变锚固力的产生方式，提供土体对扩大头环形部分或扩孔锥侧面的支撑作用。在承载力构成方面扩大头锚杆与扩底抗拔桩相似。 　　根据锚杆重复加载试验的资料表明，最适宜的能承受重复加载的锚杆型式即可能就是具有明显突出物的锚杆。扩大头锚杆在相同锚固长度情况下可获得更大的锚固力，减小锚固变形，或在相同锚固力的情况下可有效地减少锚固段长度，这一优越性无疑使扩大头锚杆在锚固工程中有很高的应用价值。 　　1.2 扩大头锚杆的变形特性 　　如图1所示，扩大头锚杆和扩底抗拔桩在荷载 　　作用下的拉伸变形极为相似，其荷载位移曲线都经历了弹性变形、弹塑性变形和破坏阶段，曲线在形态上也基本吻合，鉴于扩大头锚杆和扩底抗拔桩在受力机理和变形特性上的相似性，因此完全可以考虑用已有的扩底抗拔桩变形计算理论来分析和计算扩大头锚杆在拉拔荷载作用下的变形及其按位移控制的抗拔承载力。 　　2 扩大头锚杆的变形计算 　　5 结语 　　（1）锚杆锚固技术在岩土工程中得到广泛的应用，扩大头锚杆技术可以有效改善锚杆的变形性能和提高锚杆的极限承载力。目前，有关扩大头锚杆的理论研究鲜有报道。 　　（2）在普通锚杆荷载变形分析的基础上，本文利用扩大头锚杆和扩底抗拔桩在受力机理和变形特性上的相似性，结合弹性力学理论，得出扩大头锚杆的变形计算公式。 　　（3）在扩大头锚杆变形分析的基础上，进一步导得锚杆理论临界锚固长度和经济临界锚固长度的计算式。 　　（4）本文计算式仅适用于锚杆弹性变形阶段。 　　（5）扩大头锚杆的变形和承载机理较为复杂，很难得出精确的计算结果，本文在推导时经过了一定的简化。在周围岩土体抗剪强度很大、扩大头埋深较浅的情况下，本文方法误差会比较大甚至不适用，有待进一步完善。 　　参考文献： 　　[1] 程良奎.岩土锚固的现状与发展[J].土木工程学报，2001，34（3）：7-12 　　[2] 程良奎.我国岩土锚固技术的现状与发展[A].见岩土工程中的锚固技术[C].北京：地震出版社，1992 　　[3] 孔宪宾，佘跃心，汪洪武等.土-锚杆界面模型的改进和应用[J].力学与实践，1999，21（5）：17-19 　　[4] 孔宪宾，佘跃心，李炜等.土-锚杆相互作用机理的研究[J].工程力学，2000，17（3）：80-86 　　[5] 曹国金，姜弘道，熊红梅.一种确定拉力型锚杆支护长度的方法[J].岩石力学与工程学报，200，22（7）：1141-1145 　　[6] 张洁，尚岳全，叶彬.锚杆临界锚固长度解析计算[J].岩石力学与工程学报，2005，24（7）：1134-1138 　　[